JP2013247359A - Cavity-type semiconductor package and method of packaging the same - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体パッケージ(20)を形成する方法(30)を提供する。
【解決手段】接着材(64)を基部(22)の接合周縁部(50)の一部分(66)に適用する。周縁部(50)の一部分(68)には接着材(64)がない。蓋(24)が、当該蓋(24)の接合周縁部(62)が基部(22)の接合周縁部(50)に当接するように、基部(22)上に配置される。蓋(24)は、基部(22)に据え付けられるダイ(38)が中に位置するキャビティ(25)を含む。基部(22)と蓋(24)との間の部分(68)に接着材(64)のない間隙(70)が形成される。熱硬化(72)の間にキャビティ(25)の内部の空気が膨張すると、この構造は間隙(70)からブローする。熱硬化(72)に続いて、もう1つの接着材(80)が、間隙(70)を閉じるとともにキャビティ(25)をシールするために部分(68)内に分配される。
【選択図】図2A method (30) for forming a semiconductor package (20) is provided.
An adhesive (64) is applied to a portion (66) of a joint peripheral edge (50) of a base (22). There is no adhesive (64) in part (68) of the peripheral edge (50). The lid (24) is disposed on the base (22) such that the joint peripheral edge (62) of the lid (24) contacts the joint peripheral edge (50) of the base (22). The lid (24) includes a cavity (25) in which a die (38) mounted on a base (22) is located. A gap (70) without an adhesive (64) is formed in a portion (68) between the base (22) and the lid (24). As the air inside the cavity (25) expands during thermosetting (72), this structure blows out of the gap (70). Following thermosetting (72), another adhesive (80) is dispensed into portion (68) to close gap (70) and seal cavity (25).
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、一般的には半導体パッケージングに関する。より具体的には、本発明は、キャビティ型微小電気機械システム(MEMS)デバイスパッケージのための蓋取付技法に関する。 The present invention relates generally to semiconductor packaging. More specifically, the present invention relates to lid mounting techniques for cavity microelectromechanical system (MEMS) device packages.
マイクロエレクトロニクスおよび微小電気機械システム(MEMS)技術は、非常に小さな電子構造および機械構造を作成し、従来のバッチ半導体処理技法を使用して単一の基板上にこれらの構造を集積する方法を提供するため、近年において広く普及している。特許文献1にはエッジで接続可能な金属パッケージについて記載されている。このようなマイクロエレクトロニクスおよびMEMSデバイスは主流の技術になりつつあるが、製造および容易に使用するために、それらを半導体パッケージ内にコスト効率的にパッケージングすることが課題として残っている。 Microelectronics and microelectromechanical system (MEMS) technology provides a way to create very small electronic and mechanical structures and integrate these structures on a single substrate using conventional batch semiconductor processing techniques Therefore, it has become widespread in recent years. Patent Document 1 describes a metal package that can be connected by an edge. Although such microelectronics and MEMS devices are becoming mainstream technologies, the challenge remains to cost-effectively package them in semiconductor packages for manufacturing and easy use.
半導体パッケージは一般的に、関連要素のセットを提供する。これらの要素は、たとえば、パッケージングされる1つまたは複数の半導体デバイス、当該デバイスからパッケージへの相互接続、機械的支持と電気的、化学的、および環境的保護との両方を提供するための包囲または収容構造、ならびにパッケージを基板またはシステムに取り付けるための接合構造を含む。半導体パッケージングプロセスの開発者が直面する問題は、たとえば、半導体デバイス(たとえば、マイクロエレクトロニクスおよび微細構造)が高温のプロセスに敏感であること、適切な遮蔽が必要であること、場合によってはデバイスを汚染物質から保護するために気密シールまたは気密に近いシールが要求されることなどから生じる。 A semiconductor package generally provides a set of related elements. These elements are, for example, for providing one or more semiconductor devices to be packaged, interconnection from the devices to the package, both mechanical support and electrical, chemical, and environmental protection. Includes an enclosing or containing structure, as well as a joining structure for attaching the package to a substrate or system. The problems facing developers of semiconductor packaging processes are, for example, that semiconductor devices (eg, microelectronics and microstructures) are sensitive to high temperature processes, require proper shielding, and in some cases For example, a hermetic seal or near-hermetic seal is required to protect against contaminants.
実際、腐食、湿気、および塵芥によってデバイスの動作が妨げられるので、保護は多くの半導体デバイスをパッケージングするにあたって重要な要素である。すなわち、パッケージング保護が損なわれると、半導体デバイスは機能しなくなる場合があり、所与の入力に対して出力が生成されなくなるか、または、所与の入力に対して無効なもしくは不正確な出力が生成される。集積回路(IC)デバイスの形状寸法が縮小し続けているため、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの使用が増え続けており、複数の半導体デバイスを収容する半導体パッケージの作製が発展し続けており、低コストで、信頼性があり、高密度のパッケージングソリューションへの需要が増大している。 In fact, protection is an important factor in packaging many semiconductor devices, because corrosion, moisture, and dust prevent device operation. That is, if packaging protection is compromised, the semiconductor device may fail and no output will be generated for a given input, or an invalid or inaccurate output for a given input. Is generated. As the dimensions of integrated circuit (IC) devices continue to shrink, the use of microelectromechanical system (MEMS) devices continues to increase, and the fabrication of semiconductor packages that accommodate multiple semiconductor devices continues to evolve. There is an increasing demand for low-cost, reliable, high-density packaging solutions.
いくつかのタイプの半導体デバイスは、基部に据え付けられる1つまたは複数のデバイスが、基部に接着される蓋構造のキャビティ内に収納されるキャビティ型パッケージングを必要とする。キャビティ型蓋構造は、一部分において、パッケージングされるデバイスのための環境的保護を提供するように機能する。キャビティ型半導体パッケージングのためのいくつかの蓋取付材料は、1つまたは複数の半導体デバイスを含む基部と、半導体デバイスがその中に存在することになるキャビティを有する蓋との間に分配される蓋取付材料を固めるための熱硬化を必要とする。熱硬化中、構造が室温から硬化温度へと加熱されるとキャビティ内部の膨張する空気からの圧力に起因して、ブローホールとも称される開口が、接合材内に形成され得る。ブローホールは蓋取付材料内に形成され得、それによって、膨張した気体がキャビティから逃げることができる。これらのブローホールは、水、ソーダ、酸、ブレーキ液、塩水噴霧、および、キャビティ内に位置するデバイスに損傷を与え得る任意の他の汚染物質のような外部媒体に対する侵入口をもたらす可能性がある。キャビティ型半導体パッケージの内部の外部媒体は、キャビティ内の望ましくない導電経路の形成、望ましい伝導経路(たとえば、ボンディングワイヤ)の破損、および/またはキャビティ内の材料の膨張もしくは剥離をもたらし得る。 Some types of semiconductor devices require cavity-type packaging in which one or more devices mounted on the base are housed in a cavity of a lid structure that is bonded to the base. The cavity-type lid structure functions in part to provide environmental protection for the device being packaged. Some lid mounting materials for cavity-type semiconductor packaging are distributed between a base that includes one or more semiconductor devices and a lid that has a cavity in which the semiconductor devices will reside. Requires thermosetting to harden the lid mounting material. During heat curing, an opening, also referred to as a blow hole, can be formed in the bonding material due to the pressure from the expanding air inside the cavity when the structure is heated from room temperature to the curing temperature. The blowhole can be formed in the lid mounting material so that the expanded gas can escape from the cavity. These blowholes can provide an entrance to external media such as water, soda, acid, brake fluid, salt spray, and any other contaminants that can damage the device located in the cavity. is there. External media inside the cavity-type semiconductor package can result in the formation of undesirable conductive paths within the cavity, breakage of desirable conductive paths (eg, bonding wires), and / or expansion or delamination of material within the cavity.
そのため、ブローホールの形成に関連付けられる問題を回避するために、室温硬化材料が提案されている。しかしながら、室温硬化材料には、電磁的遮蔽を必要とする設計には適切でない場合があるものもある。電磁的遮蔽を提供するために、蓋は金属のような導電性材料から形成される。導電性の蓋は、半導体パッケージ内で接地に取り付けられるのでない限り、電磁的遮蔽には効果的でない場合がある。そのような構成においては、蓋取付材料は、接地に対する経路を提供するために導電性である必要がある。室温において硬化するように適合される従来技術の導電性蓋取付材料は機能時間が短い。ポットライフとも称される短い機能時間は、その元のパッケージが開かれるか、または、触媒もしくは他の硬化剤が添加された後の、材料が有効である時間の長さである。室温硬化性の導電性蓋取付材料のポットライフが短いことは、製造環境において望ましくない特性である。たとえば、紫外線放射を使用して室温において硬化するように適合されるいくつかの従来技術の蓋取付材料は、より長いポットライフを有することができる。しかしながら、そのようなUV硬化性の蓋取付材料は一般的に、導電形態では利用可能でない。 Therefore, room temperature curable materials have been proposed to avoid the problems associated with blowhole formation. However, some room temperature curable materials may not be suitable for designs that require electromagnetic shielding. In order to provide electromagnetic shielding, the lid is formed from a conductive material such as metal. A conductive lid may not be effective for electromagnetic shielding unless attached to ground in a semiconductor package. In such a configuration, the lid mounting material needs to be conductive to provide a path to ground. Prior art conductive lid mounting materials adapted to cure at room temperature have a short functional time. The short functional time, also referred to as pot life, is the length of time that the material is effective after its original package is opened or a catalyst or other curing agent is added. The short pot life of room temperature curable conductive lid mounting materials is an undesirable property in a manufacturing environment. For example, some prior art lid mounting materials that are adapted to cure at room temperature using ultraviolet radiation can have a longer pot life. However, such UV curable lid mounting materials are generally not available in conductive form.
ブローホールの形成による問題を回避するために実装され得る別の技法は、超音波溶接である。超音波溶接では、個体状態接合を作成するために高周波超音波音響振動がワークピースに局地的に当てられる。超音波溶接では、材料をともに結合するためにはんだ付け材料、接着剤、締め具などは必要とされない。したがって、ブローホールは形成され得ない。しかしながら、高周波超音波音響振動はキャビティ内に位置するMEMSデバイスの壊れやすい可動微細構造を壊すおそれがあるため、超音波溶接は、たとえば、MEMSデバイスを収容する半導体パッケージとともに使用されるには適切でない可能性がある。 Another technique that can be implemented to avoid problems with blowhole formation is ultrasonic welding. In ultrasonic welding, high frequency ultrasonic acoustic vibrations are applied locally to a workpiece to create a solid state bond. In ultrasonic welding, soldering materials, adhesives, fasteners, etc. are not required to bond the materials together. Therefore, a blow hole cannot be formed. However, ultrasonic welding is not suitable for use with, for example, a semiconductor package that houses a MEMS device because high frequency ultrasonic acoustic vibrations can break the fragile movable microstructure of the MEMS device located within the cavity. there is a possibility.
本発明の目的は、上述の問題を解決するキャビティ型半導体パッケージおよびそのパッケージング方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cavity type semiconductor package and a packaging method therefor that solve the above-mentioned problems.
実施形態は、キャビティ型半導体パッケージング方法、および、当該パッケージング方法にしたがってパッケージングされる半導体デバイス構造を伴う。キャビティ型半導体パッケージング方法は、気密シールまたは気密に近いシールをもたらしながら、熱硬化中に膨張した気体の放出を可能にする安全確実な蓋取付けを提供する。方法は、電磁的遮蔽を必要とし、かつ/または、超音波溶接、熱硬化、もしくは室温硬化プロセスが適切でない場合があるMEMSデバイスを含むデバイスパッケージに特に適している。 Embodiments involve a cavity-type semiconductor packaging method and a semiconductor device structure packaged according to the packaging method. The cavity-type semiconductor packaging method provides a secure lid attachment that allows for the release of gas that has expanded during thermal curing while providing a hermetic or near-hermetic seal. The method is particularly suitable for device packages that include electromagnetic devices that require electromagnetic shielding and / or ultrasonic welding, thermal curing, or room temperature curing processes may not be appropriate.
図1は、一実施形態による例示的なキャビティ型半導体パッケージ20の斜視図を示している。一般的に、半導体パッケージ20は、それに接合される蓋24を有する基部22を含む。図1において、蓋24の一部分は、キャビティ型半導体パッケージ20のために蓋24内に形成されるキャビティ25を露呈させるために切り抜かれている。リード26が基部22の表面28上に形成され得、蓋24から露出される。リード26は、半導体パッケージ20の外部にある要素と基部22に据え付けられるとともにキャビティ25内に封入される構成要素(見えていない)との間の電気接続を可能にする導電性特徴である。 FIG. 1 shows a perspective view of an exemplary cavity-type semiconductor package 20 according to one embodiment. In general, the semiconductor package 20 includes a base 22 having a lid 24 joined thereto. In FIG. 1, a portion of the lid 24 is cut out to expose a cavity 25 formed in the lid 24 for the cavity type semiconductor package 20. A lead 26 may be formed on the surface 28 of the base 22 and is exposed from the lid 24. The lead 26 is a conductive feature that allows an electrical connection between an element external to the semiconductor package 20 and a component (not visible) mounted on the base 22 and encapsulated in the cavity 25.
一実施形態では、半導体パッケージ20は、マイクロエレクトロニクスおよび/または微小電気機械システム(MEMS)デバイス(たとえば、ジャイロスコープ、加速度計、センサ、または他の微細構造)のような半導体デバイスを含み得る。本明細書においては、キャビティ型半導体パッケージ構成が例示として示されている。しかしながら、半導体パッケージ20は、特定の設計基準にしたがって、広範な形態、サイズ、形状、および機能をとってもよい。 In one embodiment, the semiconductor package 20 may include semiconductor devices such as microelectronics and / or microelectromechanical system (MEMS) devices (eg, gyroscopes, accelerometers, sensors, or other microstructures). In this specification, a cavity type semiconductor package configuration is shown as an example. However, the semiconductor package 20 may take a wide variety of forms, sizes, shapes, and functions according to specific design criteria.
図2は、別の実施形態による、半導体パッケージ20(図1)をパッケージングするためのパッケージングプロセス30のフローチャートを示す。パッケージングプロセス30は、その後に半導体パッケージ20内の構成要素に対する湿気、粒子などのような外部汚染物質からの損傷を実質的に制限するための気密シールまたは気密に近いシールをもたらしながら、蓋が熱硬化蓋取付材料を使用して基部に付着されるときに蓋内のキャビティから圧力を放出することができるようにする蓋取付技法を記載している。MEMSデバイスを収容するキャビティ型半導体パッケージ20のパッケージングに関連してプロセス30を説明する。しかしながら、以下の方法は、気密シールまたは気密に近いシールを提供するためにキャビティ型蓋が取り付けられることになる多様な半導体設計のためのパッケージング方法に適合されることができることが諒解される。 FIG. 2 shows a flowchart of a packaging process 30 for packaging a semiconductor package 20 (FIG. 1), according to another embodiment. The packaging process 30 then provides a hermetic or near-hermetic seal to substantially limit damage from external contaminants such as moisture, particles, etc. to components within the semiconductor package 20, while the lid is A lid mounting technique is described that allows pressure to be released from a cavity in the lid when it is attached to the base using a thermoset lid mounting material. The process 30 will be described in connection with the packaging of the cavity-type semiconductor package 20 containing the MEMS device. However, it is appreciated that the following method can be adapted to packaging methods for a variety of semiconductor designs in which a cavity-type lid will be attached to provide a hermetic or near-hermetic seal.
以下、説明を簡潔にするために、単一の半導体パッケージに関連してパッケージングプロセス30を記載する。しかしながら、以下のプロセスは複数の半導体パッケージを同時にパッケージングすることを可能にすることを当業者には理解されたい。たとえば、複数の半導体パッケージが基部22への同時のパッケージングを受け得、ここで、基部22はリードフレーム片またはパネルであり得る。続いて、複数の蓋24が内部に形成されているキャップウェハが、複数の半導体パッケージ20を形成するための以下の方法によってリードフレーム片またはパネルに取り付けられることができる。結果もたらされる複数の半導体パッケージ20から成る構造は、その後、たとえば、従来のようなダイシングまたは打ち抜きによって単離されることができ、最終用途においてプリント回路基板上に結合され得る個々の半導体パッケージ20が提供される。 In the following, the packaging process 30 will be described in the context of a single semiconductor package for the sake of brevity. However, those skilled in the art will appreciate that the following process allows multiple semiconductor packages to be packaged simultaneously. For example, a plurality of semiconductor packages can undergo simultaneous packaging to the base 22, where the base 22 can be a leadframe piece or panel. Subsequently, a cap wafer having a plurality of lids 24 formed therein can be attached to a lead frame piece or panel by the following method for forming a plurality of semiconductor packages 20. The resulting structure consisting of a plurality of semiconductor packages 20 can then be isolated, for example, by conventional dicing or stamping, providing individual semiconductor packages 20 that can be bonded onto a printed circuit board in the final application. Is done.
パッケージングプロセス30は活動(アクティビティ)32によって開始する。活動32において、1つまたは複数の半導体ダイがその上に据え付けられる基部22が提供される。 The packaging process 30 begins with an activity 32. In activity 32, a base 22 is provided on which one or more semiconductor dies are mounted.
活動32に関連して図3および図4を参照すると、図3は、パッケージングの初期段階36における半導体デバイス34の上面図を示しており、図4は、図3における切断線4−4に沿った半導体デバイス34の側面図を示している。以下の図3〜図9は、下記に説明するように、半導体デバイス34および半導体パッケージ20(図1)の異なる複数の要素を区別するためにさまざまなシェーディングおよび/またはハッチングを使用して示されている。これらの種々の要素は、現行のおよび近い将来のマイクロマシニング技法を利用して生成されることができる。 Referring to FIGS. 3 and 4 in connection with activity 32, FIG. 3 shows a top view of semiconductor device 34 at an initial stage 36 of packaging, and FIG. 4 is taken along section line 4-4 in FIG. A side view of the semiconductor device 34 along is shown. FIGS. 3-9 below are shown using various shading and / or hatching to distinguish different elements of the semiconductor device 34 and semiconductor package 20 (FIG. 1), as described below. ing. These various elements can be generated utilizing current and near future micromachining techniques.
半導体デバイス34は、基部22と、基部22に結合され、かつ/または積層された形態で互いに結合される1つまたは複数の半導体ダイ38とを含む。より具体的には、基部22は、1つまたは複数の半導体ダイ38が取り付けられるダイパッド40を含むリードフレームであり得る。ボンドパッド42がダイパッド40の周囲に配置され得る。半導体ダイ38は、本明細書においてはボンディングワイヤ44と称される1つまたは複数の電気接続を介して相互接続され得、かつ/または、半導体ダイ38は、ボンディングワイヤ44を介してダイパッド40の周囲に配置されるボンドパッド42に接続され得る。ボンドパッド42のうちのいくつかまたはすべては、リード26に電気的に結合され得る。代替的に、または付加的に、ボンドパッド42のうちのいくつかまたはすべては、基部22を貫通して基部22の下面上のリードコンタクト領域(図示せず)まで延在し得る。 The semiconductor device 34 includes a base 22 and one or more semiconductor dies 38 that are coupled to the base 22 and / or bonded together in a stacked configuration. More specifically, the base 22 may be a lead frame that includes a die pad 40 to which one or more semiconductor dies 38 are attached. A bond pad 42 may be disposed around the die pad 40. The semiconductor die 38 may be interconnected via one or more electrical connections, referred to herein as bonding wires 44, and / or the semiconductor die 38 may be attached to the die pad 40 via bonding wires 44. It can be connected to bond pads 42 arranged around. Some or all of the bond pads 42 may be electrically coupled to the leads 26. Alternatively or additionally, some or all of the bond pads 42 may extend through the base 22 to lead contact regions (not shown) on the lower surface of the base 22.
半導体ダイ38のうちの少なくとも1つの設計構成は、適切な環境的保護を提供するためにキャビティパッケージングを必要とする。さらに、一例では、半導体デバイス34の半導体ダイ38のうちの1つは、ジャイロスコープ、加速度計、センサなどのようなMEMSデバイスであり得る。この特定の形態の半導体ダイ38は、本明細書においてはMEMSデバイス48と称する。MEMSデバイス48は、その壊れやすい可動部を保護するためにそれ自体のキャビティパッケージ内にシールされ得る。しかしながら、MEMSデバイス48、ならびにキャビティ25内の他の半導体ダイ38、電気接続、および材料は、さまざまな流体および/または粒子がキャビティ25内に侵入することによって損傷を受けるおそれがある。したがって、接合周縁部50が、ダイパッド40の領域52を線引きする、すなわち、画定する。MEMSデバイス48を含む半導体ダイ38は、接合周縁部50によって線引きされる領域52内で基部22の表面28に据え付けられる。接合周縁部50は、下記に詳細に説明するように、蓋、たとえば、蓋24(図1)の対応する接合周縁部が基部22に取り付けられることになる場所(ロケーション)である。 At least one design configuration of the semiconductor die 38 requires cavity packaging in order to provide adequate environmental protection. Further, in one example, one of the semiconductor dies 38 of the semiconductor device 34 can be a MEMS device such as a gyroscope, accelerometer, sensor, and the like. This particular form of semiconductor die 38 is referred to herein as a MEMS device 48. The MEMS device 48 can be sealed in its own cavity package to protect its fragile moving parts. However, the MEMS device 48 and other semiconductor dies 38, electrical connections, and materials within the cavity 25 can be damaged by the penetration of various fluids and / or particles into the cavity 25. Thus, the bond peripheral edge 50 delineates or defines the region 52 of the die pad 40. A semiconductor die 38 that includes a MEMS device 48 is mounted on the surface 28 of the base 22 in a region 52 that is delineated by the bond perimeter 50. The joint perimeter 50 is a location where the corresponding joint perimeter of the lid, eg, the lid 24 (FIG. 1) will be attached to the base 22, as will be described in detail below.
その取り付けられる半導体ダイ38およびボンディングワイヤ44を有する半導体デバイス34は、デバイス製造者から提供され、別個のパッケージング施設においてパッケージングされ得る。代替的には、半導体デバイス34は、同じ製造施設内で作製およびパッケージングされてもよい。 The semiconductor device 34 with its attached semiconductor die 38 and bonding wires 44 can be provided by the device manufacturer and packaged in a separate packaging facility. Alternatively, the semiconductor device 34 may be fabricated and packaged within the same manufacturing facility.
パッケージングプロセス30(図2)に戻って参照すると、活動32に続いて、活動54が実行される。活動54において、内部にキャビティ(空洞)が形成される蓋が提供される。たとえば、キャビティ25(図1)を有する蓋24(図1)が、半導体デバイス34をパッケージングするものとは別個のまたは同じ製造施設から提供され得る。 Referring back to the packaging process 30 (FIG. 2), following activity 32, activity 54 is performed. In activity 54, a lid is provided in which a cavity is formed. For example, a lid 24 (FIG. 1) having a cavity 25 (FIG. 1) may be provided from a separate or the same manufacturing facility from which the semiconductor device 34 is packaged.
パッケージングプロセス30は活動56によって継続する。活動56において、熱硬化性の接着材料(接着材)が基部22または蓋24のいずれかまたは両方の接合周縁部の一部分に適用される。次に、活動58において、蓋24が基部22上に配置される。 Packaging process 30 continues with activity 56. In activity 56, a thermoset adhesive material (adhesive) is applied to a portion of the joining peripheral edge of either the base 22 or the lid 24 or both. Next, in activity 58, the lid 24 is placed on the base 22.
パッケージングプロセス30の活動56および58に関連して図5および図6を参照すると、図5は、パッケージングの後続の段階58における半導体デバイス34の上面図を示しており、図6は、図5内の切断線6−6に沿った半導体デバイス34の側面図を示している。図5および図6に示されているように、蓋24はフランジ60を含む。フランジ60は、蓋24の方の接合周縁部62を画定する。より具体的には、フランジ60の底面が、蓋24の方の接合周縁部62を形成する。蓋24の接合周縁部62は、基部22上の接合周縁部50に当接するようなサイズおよび形状にされる。 Referring to FIGS. 5 and 6 in connection with activities 56 and 58 of the packaging process 30, FIG. 5 shows a top view of the semiconductor device 34 in a subsequent stage 58 of packaging, and FIG. 5 shows a side view of the semiconductor device 34 taken along section line 6-6 in FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the lid 24 includes a flange 60. The flange 60 defines a joining peripheral edge 62 towards the lid 24. More specifically, the bottom surface of the flange 60 forms a joint peripheral edge 62 toward the lid 24. The joining peripheral edge 62 of the lid 24 is sized and shaped so as to contact the joining peripheral edge 50 on the base 22.
一実施形態によれば、接着材64が基部22上の接合周縁部50の部分66に適用される。しかしながら、接着材64は、接合周縁部50の残りの部分68には適用されない。図5に示されているように、残りの部分68は蓋24のフランジ60の下にあり、点線によって境界を定められている。したがって、接着材64が適用される接合周縁部50の部分66は、部分68を除く接合周縁部50の残りの部分を構成する。一実施形態では、接着材64が適用される部分66は接合周縁部50の大部分を構成し、部分68は部分66よりも著しく小さい。たとえば、部分66は、一般的に「馬蹄形」であり得、接合周縁部の1つの側に沿った小さな領域のみが、接着材64が適用されていない部分68のために確保されている。 According to one embodiment, the adhesive 64 is applied to the portion 66 of the joining peripheral edge 50 on the base 22. However, the adhesive 64 is not applied to the remaining portion 68 of the joining peripheral edge 50. As shown in FIG. 5, the remaining portion 68 is below the flange 60 of the lid 24 and is bounded by a dotted line. Accordingly, the portion 66 of the bonding peripheral edge 50 to which the adhesive 64 is applied constitutes the remaining portion of the bonding peripheral edge 50 except the portion 68. In one embodiment, the portion 66 to which the adhesive 64 is applied constitutes the majority of the joining periphery 50, and the portion 68 is significantly smaller than the portion 66. For example, the portion 66 may be generally “horse-shoe-shaped”, with only a small area along one side of the joint periphery being reserved for the portion 68 to which no adhesive 64 has been applied.
代替的な実施形態では、接着材64はさまざまなパターンにおいて適用され得る。1つの例示的なパターンは、接着材64が、離間された点状に接合周縁部50に適用されるものを含む。そのような構成では、残りの部分68は、接合周縁部50の周囲に離間され、接着材64が適用される接合周縁部50の部分66によって分離される、接着材64が適用されていない複数の部分(図示せず)を含む。接着材64は、代替的に、接合周縁部50の代わりにまたはそれに加えて、蓋24の接合周縁部62の一部分に適用されてもよく、たとえば、部分68における接合周縁部62の残りの部分には接着材64がない。したがって、両方の接合周縁部50および62の1つまたは複数の部分68には接着材64がない。 In alternative embodiments, the adhesive 64 can be applied in various patterns. One exemplary pattern includes one in which an adhesive 64 is applied to the joint periphery 50 in spaced-apart spots. In such a configuration, the remaining portion 68 is spaced around the periphery of the joint periphery 50 and is separated by a portion 66 of the joint periphery 50 to which the adhesive 64 is applied, to which the adhesive 64 is not applied. Part (not shown). The adhesive 64 may alternatively be applied to a portion of the joint peripheral edge 62 of the lid 24 instead of or in addition to the joint peripheral edge 50, eg, the remaining portion of the joint peripheral edge 62 in the portion 68. Does not have an adhesive 64. Thus, one or more portions 68 of both joining perimeters 50 and 62 are free of adhesive 64.
接合周縁部50および/または接合周縁部62に接着材64が適用された後、蓋24の接合周縁部62が接合周縁部50に当接するように、蓋24が基部22上に配置される。部分68の1つまたは複数の場所における接着材64がない場所に、1つまたは複数の間隙70が基部22と蓋24との間に形成される。示されている構成においては、単一の間隙70が図6において特に明白である。タスク58に続いて、MEMSデバイス48を含む半導体ダイ38が、蓋24のキャビティ25内に配置される。 After the adhesive 64 is applied to the joint peripheral edge 50 and / or the joint peripheral edge 62, the lid 24 is disposed on the base portion 22 so that the joint peripheral edge 62 of the lid 24 contacts the joint peripheral edge 50. One or more gaps 70 are formed between the base 22 and the lid 24 where there is no adhesive 64 at one or more locations of the portion 68. In the configuration shown, a single gap 70 is particularly evident in FIG. Following task 58, the semiconductor die 38 including the MEMS device 48 is placed in the cavity 25 of the lid 24.
図2に戻って参照して、蓋24が基部22上に配置される活動58に続いて、パッケージングプロセス30は活動72によって継続する。タスク72において、蓋24および半導体デバイス34の構造が熱硬化プロセスを受ける。蓋24がキャビティ25内に位置する半導体ダイ38に対する遮蔽体として機能することになる場合、導電性エポキシ材料が接着材64であるように選択される。導電性接着材64は接地への経路を提供し、それによって、蓋24は半導体ダイ38を効果的に遮蔽する。さらなる実施形態では、この導電性エポキシ材料は、熱硬化性材料でもある。熱硬化性の導電性材料は、少なくとも部分的に、相対的に使用するのが容易で、相対的にポットライフが長く、強度が高いため、有利である。 Referring back to FIG. 2, following the activity 58 where the lid 24 is placed on the base 22, the packaging process 30 continues with the activity 72. In task 72, the structure of the lid 24 and the semiconductor device 34 is subjected to a thermal curing process. If the lid 24 will serve as a shield for the semiconductor die 38 located in the cavity 25, the conductive epoxy material is selected to be the adhesive 64. The conductive adhesive 64 provides a path to ground so that the lid 24 effectively shields the semiconductor die 38. In a further embodiment, the conductive epoxy material is also a thermosetting material. Thermoset conductive materials are advantageous because, at least in part, they are relatively easy to use, have a relatively long pot life and high strength.
熱硬化性エポキシ材料は一般的に、摂氏170度またはそれ以上の温度において硬化する、すなわち、固くなる。熱硬化プロセスの間にこの構造が加熱されると、キャビティ25の内部の空気が膨張する。蓋24と基部22との間の間隙70(図6)が、この空気をキャビティ25から放出することを可能にし、それによって、蓋24と基部22との間に適用される接着材64を通じてブローホールが形成されることが大きく妨げられる。 Thermoset epoxy materials generally cure, i.e., harden, at temperatures of 170 degrees Celsius or higher. When this structure is heated during the thermosetting process, the air inside the cavity 25 expands. A gap 70 (FIG. 6) between the lid 24 and the base 22 allows this air to be expelled from the cavity 25, thereby blowing through the adhesive 64 applied between the lid 24 and the base 22. The formation of holes is greatly hindered.
熱硬化活動72に続いて、パッケージングプロセス30は活動74によって継続する。活動74において、別の接着材が間隙70(図6)を閉じるかまたは他の様態でシールするために部分68(図5)に適用される。この接着材の第2の適用は、ダイボンダのダイボンドディスペンスチップ(die bond dispense tip)が接着材で特定の場所に適切な線を描くことができる標準的なディスペンサを利用して実行され得る。 Following heat curing activity 72, packaging process 30 continues with activity 74. In activity 74, another adhesive is applied to portion 68 (FIG. 5) to close or otherwise seal gap 70 (FIG. 6). This second application of adhesive can be performed using a standard dispenser that allows the die bonder die bond dispense tip to draw the appropriate line at a particular location with the adhesive.
次に、活動76が実行され、当該活動において、活動74において分配された接着材が適切に硬化され、基部22と蓋24との間の大きく気密シールされた接合を有する半導体パッケージ20がもたらされる。活動76に続いて、パッケージングプロセス30は、簡潔にするために本明細書においては説明されない他の活動を含み得る。これらの追加の作製活動は、外部電気相互接続の形成、ダイシング、検査などを含むことができる。プロセス30は、半導体パッケージ20を製造するための半導体デバイス34のパッケージングに続いて終了する。 Next, activity 76 is performed, in which the adhesive dispensed in activity 74 is properly cured, resulting in semiconductor package 20 having a large hermetically sealed bond between base 22 and lid 24. . Following activity 76, the packaging process 30 may include other activities not described herein for the sake of brevity. These additional fabrication activities can include external electrical interconnect formation, dicing, inspection, and the like. Process 30 ends following packaging of semiconductor device 34 to manufacture semiconductor package 20.
ここで図7および図8を参照すると、図7は、パッケージングの後続の段階78における半導体デバイス34の上面図を示しており、図8は、図7における切断線8−8に沿った半導体デバイス34の側面図を示している。活動74(図2)にしたがって、間隙70の場所に接着材80が適用される。ここでも、接着材80は、ダイボンダのダイボンドディスペンスチップが適切な線の接着材80を適用する標準的なディスペンサを利用して分配され得る。図示されているように、接着材80は、図7において部分68の幅を越えて延在する接着材80のビードまたは線によって表されているように、熱硬化した接着材64上に部分的に重なるように分配され得る。無論、複数の間隙70が形成される場合、接着材80は複数の間隙70を閉じるために複数の間隙70の各々の場所において適用される。 Referring now to FIGS. 7 and 8, FIG. 7 shows a top view of the semiconductor device 34 at a subsequent stage 78 of packaging, and FIG. 8 shows the semiconductor along section line 8-8 in FIG. A side view of the device 34 is shown. In accordance with activity 74 (FIG. 2), adhesive 80 is applied at the location of gap 70. Again, the adhesive 80 can be dispensed using a standard dispenser where the die bonder die bond dispensing tip applies the appropriate wire adhesive 80. As shown, the adhesive 80 is partially on the thermoset adhesive 64 as represented by the bead or line of adhesive 80 extending beyond the width of the portion 68 in FIG. Can be distributed so as to overlap. Of course, when multiple gaps 70 are formed, the adhesive 80 is applied at each location of the multiple gaps 70 to close the multiple gaps 70.
接着材80は、熱硬化性接着材64よりも著しく低い温度で硬化する製品であり得る。たとえば、接着材80は、たとえば、一般的に室温と称される摂氏20〜25度(華氏68〜77度)の温度において硬化し得る。加えて、接着材80は、たとえば、紫外線(UV)放射下で硬化する光硬化性材料であり得る。そのような材料は、UV硬化性材料と称されることがある。UV硬化性材料は、UV放射にさらされるとほぼ瞬間的に硬化、すなわち固くなり、他の接着材に必要とされる乾燥期間または熱硬化期間がなくなっている。したがって、活動76(図2)において、接着材80は、接着材80の硬化を容易にするために、従来の技法によって室温においてUV放射にさらされ得る。室温で硬化するUV硬化性接着材80が実装されるため、キャビティ25内の残りの空気または気体は、受ける膨張が皆無かまたはそれに近い。それゆえ、接着材80が硬化するとき、接着材64および80を貫通するブローホールは形成されないことになる。したがって、MEMSデバイス48を含む半導体ダイ38が中に配置されるシールされたキャビティ25が形成される。 The adhesive 80 can be a product that cures at a significantly lower temperature than the thermosetting adhesive 64. For example, the adhesive 80 can be cured, for example, at a temperature of 20-25 degrees Celsius (68-77 degrees Fahrenheit) commonly referred to as room temperature. In addition, the adhesive 80 can be, for example, a photocurable material that cures under ultraviolet (UV) radiation. Such materials are sometimes referred to as UV curable materials. The UV curable material cures or hardens almost instantaneously when exposed to UV radiation, eliminating the drying or thermal curing period required for other adhesives. Accordingly, in activity 76 (FIG. 2), the adhesive 80 can be exposed to UV radiation at room temperature by conventional techniques to facilitate curing of the adhesive 80. Since a UV curable adhesive 80 that cures at room temperature is implemented, the remaining air or gas in the cavity 25 will experience little or no expansion. Therefore, when the adhesive 80 is cured, a blow hole penetrating the adhesives 64 and 80 is not formed. Thus, a sealed cavity 25 is formed in which the semiconductor die 38 including the MEMS device 48 is disposed.
図9は、別の実施形態による半導体パッケージ20の側面図を示している。事例によっては、基部22と蓋24との間に空隙が残っていないことをさらに確実にすることが望ましい場合がある。したがって、パッケージングプロセス30(図2)のタスク74(図2)において、接着材80が、基部22と蓋24との間の接合部において蓋24の外周82(図7も参照されたい)全体に適用され得る。この接着材80の適用は、間隙70(図6)を閉じるときの部分68(図5)への接着材80の適用と同時に実行され得る。 FIG. 9 shows a side view of a semiconductor package 20 according to another embodiment. In some cases, it may be desirable to further ensure that no gap remains between the base 22 and the lid 24. Thus, in task 74 (FIG. 2) of packaging process 30 (FIG. 2), adhesive 80 is applied to the entire outer periphery 82 of lid 24 (see also FIG. 7) at the junction between base 22 and lid 24. Can be applied to. This application of adhesive 80 can be performed simultaneously with the application of adhesive 80 to portion 68 (FIG. 5) when closing gap 70 (FIG. 6).
本明細書に記載されている実施形態は、キャビティ型半導体パッケージング方法、および、当該パッケージング方法にしたがってパッケージングされるキャビティ型半導体パッケージ構造を伴う。パッケージング方法は、気密シールまたは気密に近いシールをもたらしながら、熱硬化中に膨張した気体の放出を可能にする安全確実な蓋取付けを提供する。特に、パッケージング方法は、熱硬化性接着材が基部と蓋との間の接合周縁部の一部分に適用され、それによって、熱硬化性接着材がない1つまたは複数の間隙が残る、2段階接着プロセスを伴う。熱硬化プロセスの間、蓋の内部キャビティはこれらの間隙を通じて適切にブローされることができる。熱硬化に続いて、接合周縁部の残りの部分が、著しく低い温度、すなわち、室温で硬化する接着材を使用して1つまたは複数の間隙を閉じるために接合される。このようにして、半導体要素が中に存在するシールされたキャビティ型パッケージが形成される。方法は、他の蓋取付技法を使用して損傷を受けるおそれがある、MEMSデバイスを含む半導体パッケージに特に適している。 The embodiments described herein involve a cavity type semiconductor packaging method and a cavity type semiconductor packaging structure packaged according to the packaging method. The packaging method provides a safe and secure lid attachment that allows the release of gas that has expanded during thermal curing while providing a hermetic or near-hermetic seal. In particular, the packaging method is a two-stage process in which a thermosetting adhesive is applied to a portion of the joint periphery between the base and the lid, thereby leaving one or more gaps free of the thermosetting adhesive. With the bonding process. During the thermosetting process, the internal cavity of the lid can be blown appropriately through these gaps. Following heat curing, the remaining portion of the joint periphery is joined to close one or more gaps using an adhesive that cures at a significantly lower temperature, i.e., room temperature. In this way, a sealed cavity package is formed in which the semiconductor elements are present. The method is particularly suitable for semiconductor packages including MEMS devices that may be damaged using other lid mounting techniques.
本発明の好ましい実施形態が詳細に例示および記載されてきたが、本発明の精神または添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく、そこにさまざまな改変を行うことができることが当業者には容易に明らかとなろう。たとえば、蓋および基部は、図示されているもの以外のさまざまな他の形状およびサイズをとることができる。加えて、MEMSデバイスを含む半導体ダイは、キャビティ型パッケージングが必要とされるさまざまな半導体デバイスを表している。 While preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described in detail, those skilled in the art will recognize that various modifications can be made therein without departing from the spirit of the invention or the scope of the appended claims. It will be readily apparent. For example, the lid and base can take a variety of other shapes and sizes other than those shown. In addition, semiconductor dies, including MEMS devices, represent a variety of semiconductor devices that require cavity-type packaging.
Claims (20)
第1の接着材を前記第1の接合周縁部および前記第2の接合周縁部のうちの少なくとも一方の一部分に適用する工程であって、前記第1の接合周縁部および前記第2の接合周縁部の残りの部分には前記第1の接着材が存在しない、前記工程と、
前記第2の接合周縁部が前記第1の接合周縁部に当接するとともに、前記第1の接着材が存在しない前記残りの部分の1つの場所において前記基部と前記蓋との間に間隙が作られるように、前記蓋を前記基部上に配置する工程と、
前記間隙を閉じるように第2の接着材を前記残りの部分に適用する工程と、を備える方法。 A method of attaching a lid to a base to form a cavity type semiconductor package, wherein the lid is formed to include a cavity, and the base is formed in a region drawn by a first joining peripheral edge of the base A semiconductor die is bonded to the surface of the substrate, the lid has a second bonded peripheral edge, and the method includes:
Applying the first adhesive to at least one of the first joint peripheral edge and the second joint peripheral edge, wherein the first joint peripheral edge and the second joint peripheral edge The step wherein the first adhesive is not present in the rest of the part; and
The second joint peripheral edge abuts on the first joint peripheral edge, and a gap is formed between the base and the lid at one location of the remaining portion where the first adhesive does not exist. Placing the lid on the base,
Applying a second adhesive to the remaining portion to close the gap.
前記第2の接着材を適用する工程によって、前記第2の接着材が分配されて前記複数の間隙の各々が閉じられる、請求項1に記載の方法。 Applying the first adhesive includes creating a plurality of remaining portions in which the first adhesive is not present on both the first and second peripheral edges of the joint; A plurality of gaps are created following the placing step,
The method of claim 1, wherein applying the second adhesive distributes the second adhesive and closes each of the plurality of gaps.
第1の接合周縁部を有する基部と、
前記基部の前記第1の接合周縁部によって線引きされる領域内において前記基部の表面に結合されている半導体ダイと、
第2の接合周縁部を有する蓋であって、第2の接合周縁部は該蓋が前記基部に結合されるとき前記第1の接合周縁部に当接するように構成されている、蓋と、
前記第1の接合周縁部および第2の接合周縁部のうちの少なくとも一方の一部分に適用される第1の接着材であって、前記第1の接合周縁部および前記第2の接合周縁部の1つ以上の残りの部分には前記第1の接着材が存在せず、前記第1の接着材が存在しない前記残りの部分の1つ以上の場所において前記基部と前記蓋との間に1つ以上の間隙が作られている、第1の接着材と、
前記間隙を閉じるように前記1つ以上の残りの部分に適用される第2の接着材とを備える、キャビティ型半導体パッケージ。 A cavity-type semiconductor package,
A base having a first joining peripheral edge;
A semiconductor die bonded to a surface of the base in a region drawn by the first joining peripheral edge of the base;
A lid having a second joint peripheral edge, wherein the second joint peripheral edge is configured to abut against the first joint peripheral edge when the lid is coupled to the base; and
A first adhesive applied to a part of at least one of the first joint peripheral edge and the second joint peripheral edge, wherein the first joint peripheral edge and the second joint peripheral edge One or more remaining portions are free of the first adhesive, and 1 or more between the base and the lid at one or more locations of the remaining portion where the first adhesive is not present. A first adhesive in which two or more gaps are made;
And a second adhesive applied to the one or more remaining portions to close the gap.
第1の接着材を前記第1の接合周縁部および前記第2の接合周縁部のうちの少なくとも一方の一部分に適用する工程であって、前記第1の接合周縁部および前記第2の接合周縁部の残りの部分には前記第1の接着材が存在しない、前記工程と、
前記第2の接合周縁部が前記第1の接合周縁部に当接するとともに、前記第1の接着材が存在しない前記残りの部分の1つの場所において前記基部と前記蓋との間に間隙が作られるように、前記蓋を前記基部上に配置する工程と、
前記第1の接着材を熱硬化させる工程と、
前記配置する工程および前記熱硬化させる工程に続いて、前記間隙を閉じるように第2の接着材を前記残りの部分に適用する工程と、を備える方法。 A method of attaching a lid to a base to form a cavity type semiconductor package, wherein the lid is formed to include a cavity, and the base is formed in a region drawn by a first joining peripheral edge of the base A semiconductor die is bonded to the surface of the substrate, the lid has a second bonded peripheral edge, and the method includes:
Applying the first adhesive to at least one of the first joint peripheral edge and the second joint peripheral edge, wherein the first joint peripheral edge and the second joint peripheral edge The step wherein the first adhesive is not present in the rest of the part; and
The second joint peripheral edge abuts on the first joint peripheral edge, and a gap is formed between the base and the lid at one location of the remaining portion where the first adhesive does not exist. Placing the lid on the base,
Thermosetting the first adhesive;
Applying the second adhesive to the remaining portion so as to close the gap following the placing and the thermosetting steps.
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